De fotosfäriska och kromosfäriska bilderna spelades in med Hinode-satelliten, medan färgade linjer mellan visualiserar närvaron av magnetfältslinjer från forskarnas realistiska numeriska simuleringar med hjälp av Sheffield Advanced Code (SAC). Röda och blå kurvor är virvlar som detekteras av den automatiska virveldetektionsalgoritmen (ASDA) som utvecklats av forskarna. Kredit:Liu et al. Naturkommunikation, 10:3504, 2019
Ett internationellt team av forskare ledda av University of Sheffield har upptäckt tidigare oupptäckta observationsbevis på frekventa energiska vågpulser av storleken på Storbritannien, transporterar energi från solytan till den högre solatmosfären.
Magnetiska plasmavågor och pulser har allmänt föreslagits som en av nyckelmekanismerna som skulle kunna svara på den långvariga frågan om varför temperaturen i solatmosfären stiger dramatiskt, från tusentals till miljoner grader, när du rör dig bort från solytan.
Det har lagts fram många teorier, inklusive några utvecklade vid University of Sheffield – till exempel, uppvärmning av plasmat med magnetiska vågor eller magnetisk plasma – men observationsvalidering av en lämplig energitransportmekanism har visat sig vara utmanande fram till nu.
Genom att utveckla innovativa metoder, tillämpade matematiker vid Solar Physics and Space Plasma Research Center (SP2RC) vid School of Mathematics and Statistics vid University of Sheffield, och University of Science and Technology i Kina, har upptäckt unika observationsbevis för rikliga energiska vågpulser, uppkallad efter Nobelpristagaren Hannes Alfvén, i solatmosfären.
Dessa kortlivade Alfvén-pulser har visat sig genereras av vanliga fotosfäriska plasmavirvlar ungefär lika stora som de brittiska öarna, som föreslås ha en befolkning på minst 150, 000 i solfotosfären när som helst.
Professor Robertus Erdélyi (a.k.a. von Fáy-Siebenbürgen), Chef för SP2RC, sa:"Virlande rörelser finns överallt i universum, från att sänka vatten i hushållskranar med en storlek på centimeter, till tornados på jorden och på solen, solstrålar och spiralgalaxer med en storlek på upp till 520, 000 ljusår. Detta arbete har visat, för första gången, observationsbevisen att allestädes närvarande virvlar i solatmosfären kan generera kortlivade Alfvén-pulser.
Den grå cylindern representerar ett magnetiskt flödesrör medan gröna linjer är magnetfältslinjer. Regioner med den lila färgen i fältlinjerna framhäver platsen för den fortplantande magnetiska Alfvén-pulsen. Olika färger på den centrala skivan representerar olika lokala plasmadensiteter. Figuren illustrerar hur en magnetisk Alfvén-plasmapuls kommer att dyka upp när de observerade kromosfäriska virvlar. En onlineanimation av denna figur finns tillgänglig. Kredit:Liu et al. Naturkommunikation, 10:3504, 2019
"De genererade Alfvén-pulserna penetrerar lätt solatmosfären längs cylinderliknande magnetiska flödesrör, en form av magnetism lite som träd i en skog. Pulserna kan färdas hela vägen uppåt och nå toppen av solens kromosfäriska skikt, eller, även bortom."
Alfvén-lägen är för närvarande mycket svåra att observera direkt, eftersom de inte orsakar några lokala intensitetskoncentrationer eller sällsynthet när de gör sin resa genom en magnetiserad plasma. De är svåra att observationsmässigt skilja från vissa andra typer av magnetiska plasmalägen, som de välkända transversala magnetiska plasmavågorna, kallas ofta kink-lägen.
"Energiflödet som bärs av Alfvén-pulserna vi detekterade nu uppskattas vara mer än 10 gånger högre än det som behövs för att värma upp den lokala övre solkromosfären, " sa Dr Jiajia Liu, postdoktoral forskarassistent.
"Kromosfären är ett relativt tunt lager mellan solytan och den extremt heta koronan. Solkromosfären uppträder som en röd ring runt solen under totala solförmörkelser."
Professor Erdélyi tillade:"Det har varit en fascinerande fråga för forskarsamhället under en lång tid - hur solen och många andra stjärnor levererar energi och massa till deras övre atmosfärer. Våra resultat, som en del av ett spännande samarbete mellan Storbritannien och Kina, involverar våra allra bästa forskare i tidiga karriärer som Drs Jiajia Liu, Chris Nelson och Ben Snow, är ett viktigt steg framåt för att ta itu med leveransen av den nödvändiga icke-termiska energin för sol- och astrofysisk plasmauppvärmning.
"Vi tror, dessa fotosfäriska magnetiska plasmavirvlar i Storbritannien i storlek är också mycket lovande kandidater, inte bara för energi utan också för masstransport mellan de nedre och övre skikten av solatmosfären. Vår framtida forskning med mina kollegor på SP2RC kommer nu att fokusera på detta nya pussel. "
